Simulation and Comparison of Energy Consumption for Air Separation Technologies

การสร้างแบบจำลองและเปรียบเทียบการใช้พลังงานสำหรับเทคโนโลยีการแยกอากาศ

Name: Arunsiri Thipparuek

Name: อรุณศิริ ทิพฤกษ์

keyword: BSCF membrane

Abstract: Air separation technologies have been developed for supplying high purity of oxygen which is a major part of the capital cost and operating cost of power plants and industrial processes using oxy-combustion and pre-combustion gasification of fuels. The process behaviors of the air separation technologies have been widely studied individually. However, the study of energy consumption and the comparison of technologies have not been focused; therefore it might be worthwhile to develop the steady state models of the air separation technologies to compare their required energy, the production rate, and the product purity. In this study, pressure swing adsorption (PSA), vacuum swing adsorption (VSA), cryogenic and Ba0.5sSr0.5Co0.8sFe0.2O 3-8 (BSCF) membrane were modeled using input data from the available literatures. Initially, Aspen Plus was a simulator used to develop the steady state model of cryogenic process while BSCF membrane was developed using MATLAB. Additionally, Aspen Adsim was used to model the cyclic steady state of both PSA and VSA. After that, some parameters had to be adjusted to match the essential parameters and the pressure profile obtained from the experimental data. For both PSA and VSA adsorption processes, the pressure profiles and the product purity from the simulation models agreed satisfactorily with the experimental results, while the flow quantities and oxygen recovery were not close to those of the experiment. The results of BSCF membrane gave a good fit with the experiment. However, the convergence of the simulation was limited at low oxygen partial pressure, 0-0.129 atm. Therefore, a range of 0.13-1 atm was the oxygen partial pressure which could be converted to obtain the verified permeation flux. The suitable technique for each process depended on the requirement of the product quality and quantity. Cryogenic process was favored at high oxygen production rates and purity with low energy consumption, while BSCF membrane, VSA, and PSA were favored at lower oxygen production, respectively. The results also showed that BSCF membrane technology can produce oxygen with the highest purity at the lowest oxygen production. Besides, this technology required the lowest energy consumption and had high potential for improvement. Thus, this technology can be an alternative technology for air separation process.

Abstract: เทคโนโลยีการแยกอากาศถูกพัฒนาเพื่อสนองความต้องการก๊าซออกซิเจนบริสุทธิ์ โดยที่กระบวนการ ผลิตออกซิเจนเป็นส่วนที่สูญเสียค่าใช้จ่ายอย่างมากในการติดตั้งและกระบวนการผลิตของโรงไฟฟ้า และกระบวนการอุตสาหกรรมที่ใช้กระบวนการเผาไหม้แบบใช้ออกซิเจนแทนอากาศ พฤติกรรมของ เทคโนโลยีการแยกอากาศแต่ละชนิดได้มีการศึกษากันอย่างแพร่หลาย แต่อย่างไรก็ตามปริมาณการใช้ พลังงานในการผลิตและการเปรียบเทียบวิธีทางเลือกต่างๆ ยังไม่ได้มุ่งสนใจศึกษา การสร้างแบบจำ ลองของเทคโนโลยีการแยกอากาศที่สภาวะคงตัวสามารถนำมาใช้พิจารณาเปรียบเทียบความต้องการ ใช้พลังงาน, อัตราการผลิต และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ของแต่ละเทคโนโลยีในการศึกษานี้ได้ สร้างแบบจำลองของกระบวนการดูดซับแบบสลับความดัน, แบบสูญญากาศ, การกลั่นที่อุณหภูมิต่ำ และเยื่อเลือกผ่านแบบ Ba0.5sSr0.5Co0.8sFe0.2O 3-8 (BSCF) ข้อมูลที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองเป็นข้อมูล ที่รวบรวมจากวิทยานิพนธ์ต่างๆ สำหรับกระบวนการกลั่นที่อุณหภูมิต่ำได้สร้างแบบจำลอง ณ สภาวะ คงตัวโดยใช้โปรแกรม Aspen Plus ขณะที่เยื่อเลือกผ่าน BSCF ได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้โปรแกรม MATLAB ยิ่งไปกว่านั้นทั้งกระบวนการดูดซับแบบสลับความดันและสุญญากาศถูกสร้างแบบจำลอง โดยใช้โปรแกรม Aspne Adsim หลังจากนั้นแบบจำลองที่สร้างขึ้นทั้งหมดได้รับการประเมินความ ถูกต้องโดยตัวแปรบางตัวถูกปรับเพื่อทำให้ผลของตัวแปรสำคัญบางตัวและการเปลี่ยนแปลงของค่า ความดันต่อเวลามีค่าใกล้เคียงกับผลที่ได้จากการทดลอง สำหรับการประเมินความถูกตัองของกระบวน การดูดซบแบบสลับความดันและสุญญากาศพบว่าการเปลี่ยนแปลงค่าความดันต่อเวลา และความบริ สุทธิ์ของผลติภัณฑ์จากแบบจำลองเห็นพ้องกับผลของการทดลองแต่ทว่าทั้งสองแบบจำลองนี้ให้ผล ของปริมาณการไหลและอัตราการแยกกลับไม่ใกล้เคียงกับผลจากการทดลอง สำหรับเยื่อเลือกผ่าน BSCF ให้ผลจากแบบจำลองที่ตรงกับผลจากการทดลอง อย่างไรก็ตามการลู่เข้าเพื่อหาคำตอบของ แบบจำลองถูกจำกัดที่สภาวะความดันต่ำ ณ 0-0.129 ความดันบรรยากาศ ดังนั้นแบบจำลองสามารถ ลู่เข้าหาคำตอบของเพอมิเอทฟลักซ์ได้ในช่วงความดันบรรยากาศที่ 0.13-1 ความดันบรรยากาศ เทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับแต่ละกระบวนการขึ้นอยู่กับความต้องการของปริมาณและคุณภาพ ของผลิตภัณฑ์ กระบวนการกลั่นที่อุณหภูมิต่ำเหมาะสมกับการนำไปใช้ที่อัตราการผลิตออกซิเจน และความบริสุทธิ์สูงโดยที่ใช้พลังงานต่ำ ในขณะที่อัตราการผลิตออกซิเจนของกระบวนการเยื่อเลือก ผ่าน BSCF, กระบวนการดูดซับแบบสุญญากาศและสลับความดันมีอัตราการผลิตต่ำลงมาตามลำดับ ผลของแบบจำลองแสดงว่ากระบวนการเยื่อเลือกผ่านแบบ BSCF เป็นเทคโนโลยีใหม่ซึ่งเหมาะสำ หรับสภาวะการผลิตออกซิเจนที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงในขณะที่มีอัตราการผลิตต่ำ นอกจากนี้พบ ว่าเทคโนโลยีนี้มีความต้องการใช้พลังงานต่ำ และศักยภาพในการพัฒนาต่อไปยังมีอีกมาก ดังนั้น เทคโนโลยีการผลิตของเยื่อเลือกผ่านแบบ BSCF เป็นทางเลือกของกระบวนการผลิตออกซิเจนที่ น่าสนใจ

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Hong-rning Ku

Role: Advisor

Created: 2010

Modified: 2011-09-16

Issued: 2011-09-13

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE2203

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE2203.pdf	1.48 MB	60	2024-12-19 13:05:37
2	CHE2203ab.pdf	25.78 KB	17	2018-06-21 11:28:11

ใช้เวลา

0.038196 วินาที